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硬质颗粒参数对列车增黏撒砂喷射行为影响

中国机械工程 2024年

作者：岳子恒张沭玥叶浩丁昊昊郭俊王文健刘启跃西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

为研究颗粒参数对列车增黏撒砂喷射行为的影响，利用可视化检测技术开展不同颗粒粒径、形状和密度下喷射行为试验，分析各因素对喷射速度、扩散角度的影响权重，探究不同颗粒在撒砂装置内部运动特征及影响机理。结果表明：随着颗粒粒径... 详细信息

为研究颗粒参数对列车增黏撒砂喷射行为的影响，利用可视化检测技术开展不同颗粒粒径、形状和密度下喷射行为试验，分析各因素对喷射速度、扩散角度的影响权重，探究不同颗粒在撒砂装置内部运动特征及影响机理。结果表明：随着颗粒粒径、密度增大，颗粒喷射速度和扩散角度均逐渐降低，不规则颗粒的扩散角度普遍大于近圆形颗粒。喷射速度显著影响因素权重大小为：粒径>密度；扩散角度显著影响因素权重大小为：形状>粒径。颗粒粒径和密度与所受气固耦合力呈正比，与初始时刻颗粒加速度呈反比，不规则颗粒的碰撞次数高于近圆形颗粒。根据耦合力和动能的变化规律将颗粒运动特征分为加速和稳定两个阶段，初始时刻颗粒加速决定颗粒在稳定阶段所获动能大小。

关键词：增黏硬质颗粒喷射速度扩散角度气固两相流仿真颗粒运动特征

3种珠光体钢轨焊接接头滚动磨损与损伤性能研究

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摩擦学学报 2024年

作者：徐昆宇汪渊陆鑫丁昊昊崔晓璐刘启跃王文健西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室西南交通大学唐山研究院重庆交通大学机电与车辆工程学院

铁路运输高速发展，钢轨焊接接头磨损日益严重，对列车运行安全性造成影响。钢轨焊接接头的磨损和损伤与其微观组织有着密切联系，鉴于此，分析了3种不同珠光体闪光焊钢轨焊接接头处的组织和力学性能，利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试... 详细信息

铁路运输高速发展，钢轨焊接接头磨损日益严重，对列车运行安全性造成影响。钢轨焊接接头的磨损和损伤与其微观组织有着密切联系，鉴于此，分析了3种不同珠光体闪光焊钢轨焊接接头处的组织和力学性能，利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机开展了3种接头处材料滚动接触试验。结果表明：3种焊接接头随着含碳量依次降低，珠光体片层间距增大，先共析铁素体含量增加，硬度降低；3种焊接接头均在焊缝中心处硬度较低，热影响区组织细化，硬度增高；磨损率随平均硬度的增加而降低，焊缝处表面损伤较热影响区严重；焊缝区的塑性变形层大于热影响区，其中2#钢轨的塑性变形最严重；焊缝区的疲劳裂纹均表现为多层裂纹，材料内部发生不同程度的破碎，热影响区表现为短而浅的单条裂纹，焊缝区的裂纹长度和深度大于热影响区，裂纹角度小于热影响区，疲劳裂纹与塑性变形有一致性；随着珠光体片层间距的增大，钢轨损伤程度先急剧增大，随着磨损的加剧裂纹被去除后变短，损伤程度有所减小，裂纹角度呈减小趋势。

关键词：钢轨焊接接头微观组织磨损塑性变形损伤

不同运行参数下珠光体与贝氏体钢轨钢滚动磨损与接触疲劳行为研究

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摩擦学学报 2024年

作者：韩振宇汪渊丁昊昊张沭玥王文健刘佳朋刘启跃周仲荣西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所

钢轨服役过程中的滚动磨损和接触疲劳损伤行为直接影响到列车的运行安全，而钢轨材质和运行参数对其损伤具有关键影响。因此，本文中利用JD-1轮轨模拟试验机开展了珠光体和贝氏体钢轨材料在不同运行速度、轴重及曲线半径下的轮轨滚动接... 详细信息

钢轨服役过程中的滚动磨损和接触疲劳损伤行为直接影响到列车的运行安全，而钢轨材质和运行参数对其损伤具有关键影响。因此，本文中利用JD-1轮轨模拟试验机开展了珠光体和贝氏体钢轨材料在不同运行速度、轴重及曲线半径下的轮轨滚动接触模拟试验。研究表明：珠光体与贝氏体钢轨材料在相同运行工况下滚动磨损和接触疲劳行为存在差异，贝氏体钢轨材料的损伤程度较珠光体钢轨材料轻微；钢轨材料磨损率及表面损伤变化趋势均与运行速度和曲线半径呈负相关，而与轴重的变化趋势呈正相关；钢轨材料的塑性变形层深度随轴重的增大以及曲线半径的减小而增加，滚动接触疲劳损伤随轴重呈先增加后减小的整体变化趋势。在轴重较大、运行速度和曲线半径较小工况下，钢轨材料损伤严重，故需对相应钢轨线路进行实时监测并采取维修养护措施。

关键词：钢轨材料运行工况磨损滚动接触疲劳珠光体贝氏体

不同施用条件下轨顶摩擦调节剂的减摩性能研究

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摩擦学学报 2024年

作者：吴柄男李佳辛宋辛辛师陆冰张沭玥丁昊昊王文健刘启跃 Lewis Roger 周仲荣西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所郑州机械研究所有限公司谢菲尔德大学机械工程系

本文中研究了水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂在不同轮轨表面粗糙度和施加量下的减摩性能，研究结果表明：(1)合理地应用轨顶摩擦调节剂可使轮轨界面从干摩擦转变为混合润滑状态，产生中等水平的黏着系数和正摩擦特性；(2)增加轮轨表面... 详细信息

本文中研究了水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂在不同轮轨表面粗糙度和施加量下的减摩性能，研究结果表明：(1)合理地应用轨顶摩擦调节剂可使轮轨界面从干摩擦转变为混合润滑状态，产生中等水平的黏着系数和正摩擦特性；(2)增加轮轨表面粗糙度或减小材料的施加量可以增加金属表面微凸体承担的法向载荷进而避免轮轨低黏着现象，低抗剪切强度的油(脂)基材料可以增强轨顶摩擦调节剂的润滑性能；(3)轨顶摩擦调节剂的安全施加量从高到低依次是水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂，应用轨顶摩擦调节剂产生的黏着系数越高，其在轮轨界面间的保持能力越差；(4)应用轨顶摩擦调节剂可以大幅降低轮轨磨损，且表面粗糙度未发生明显变化。轨顶摩擦调节剂的减摩性能从高到低依次是冬季水基、油基、混合水基、脂基和夏季水基轨顶摩擦调节剂，机械混合夏季和冬季水基轨顶摩擦调节剂不会恶化混合后材料的减摩性能。

关键词：轨顶摩擦调节剂轮轨黏着轮轨磨损表面粗糙度施加量

硬度匹配对轮轨滚动接触疲劳损伤行为的影响规律研究

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材料导报 2024年第S1期38卷 415-421页

作者：贾劭飞李英奇周韶博刘佳朋王泓豪丁昊昊刘启跃王文健西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所成都610031 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京100081

随着我国铁路的高速发展,轮轨在服役过程中的疲劳损伤问题愈加突出,因此,本工作利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机研究轮轨滑差率、轮轨硬度比对滚动接触疲劳裂纹发展的影响。结果表明:滑差率较小时,疲劳裂纹较短,且裂纹沿着表面小... 详细信息

随着我国铁路的高速发展,轮轨在服役过程中的疲劳损伤问题愈加突出,因此,本工作利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机研究轮轨滑差率、轮轨硬度比对滚动接触疲劳裂纹发展的影响。结果表明:滑差率较小时,疲劳裂纹较短,且裂纹沿着表面小角度扩展;滑差率大时,切向力增大,表层裂纹会被磨掉。循环转数小时,裂纹均停留在试样表层,扩展不明显;循环转数过大时,枝裂纹扩展相互连接形成网状。对比不同硬度材料的裂纹扩展试验发现:不同硬度匹配对裂纹扩展有着较大影响,硬度高的材料表面塑性变形较小,裂纹扩展速度慢,裂纹长度、宽度以及深度都较小;硬度低的材料裂纹扩展速度快,裂纹长度、宽度以及深度都有所增加。裂纹在试样中不同深度处的扩展速度有着较大差异,在靠近试样表面的裂纹需要克服的扩展阻力较大,故大多裂纹都停留在塑性变形层区域;一旦裂纹突破至基体区域,裂纹的扩展速度就会急剧增加。

关键词：疲劳裂纹硬度匹配滑差塑性变形微观组织

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U71Mn钢轨振动疲劳寿命研究

振动．测试与诊断 2022年第5期42卷 893-897,1032页

作者：钟雯胡家杰刘启跃西华大学机械工程学院成都610039 成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610092 西南交通大学摩擦学研究所成都610031

随着中国铁路的快速发展,钢轨的服役寿命对于降低铁路运行成本、提升运营安全显得日益重要。以高速铁路常用的U71Mn钢轨材料为对象,研究其存在疲劳裂纹时不同初始应力强度因子条件下的振动疲劳寿命并分析其破坏机理。结果表明:不同初始... 详细信息

随着中国铁路的快速发展,钢轨的服役寿命对于降低铁路运行成本、提升运营安全显得日益重要。以高速铁路常用的U71Mn钢轨材料为对象,研究其存在疲劳裂纹时不同初始应力强度因子条件下的振动疲劳寿命并分析其破坏机理。结果表明:不同初始应力强度因子对于U71Mn钢轨的振动疲劳寿命影响较大;振动疲劳裂纹在U71Mn钢轨当中的扩展机理与静态疲劳也有所区别。在疲劳瞬断区,振动疲劳断口河流花样更密集,韧窝更大更深;在疲劳裂纹扩展区,初始应力强度因子较大时低周疲劳损伤机制占主导,初始应力强度因子较小时则高周疲劳损伤机制占主导。

关键词：振动疲劳疲劳寿命疲劳曲线断裂机理

不同法向载荷下TiN涂层磨损寿命与失效机理研究

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摩擦学学报 2022年第5期42卷 978-989页

作者：罗亿丁昊昊郭俊刘启跃王文健西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所四川成都610031

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图.研究结果表明:... 详细信息

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图.研究结果表明:TiN涂层/HSS试样摩擦系数随循环次数增加呈上升趋势;TiN涂层/WC-Co试样在30 N法向载荷下的摩擦系数随循环次数呈上升趋势,在60~120 N法向载荷下摩擦系数波动较大.涂层试样的磨损深度随法向载荷与循环次数的增加而增加. TiN涂层/HSS试样在30 N法向载荷的主要失效形式是磨粒磨损、轻微黏着磨损和氧化磨损,在60~120 N法向载荷的主要失效形式是涂层断裂、磨粒磨损和剥层磨损. TiN涂层/WC-Co试样在30~50 N法向载荷下的主要失效形式是磨粒磨损,在60~120 N法向载荷下的主要失效形式是严重剥层. TiN涂层的磨损寿命图可以分为两部分:涂层工作区和涂层失效区.接触应力越大,涂层磨损寿命越短.基体材料抵抗变形的能力越强,涂层磨损寿命越长. TiN涂层/HSS基体具有良好的抵抗法向载荷的能力和较长的磨损寿命.

关键词： TiN涂层滑动磨损法向载荷磨损寿命失效形式

低温环境下列车车轮材料磨损与损伤演变行为研究

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摩擦学学报 2022年第4期42卷 844-853页

作者：周亮郭立昌丁昊昊王文健刘启跃西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所四川成都610031

利用低温环境装置和轮轨模拟试验机开展了室温(约20℃)与-40℃温度下列车车轮材料的滚动磨损试验,研究了-40℃下车轮材料磨损和表面与剖面损伤随循环次数的演变规律.结果表明:温度的降低对车轮材料磨损和损伤机制有明显影响.与室温相比,... 详细信息

利用低温环境装置和轮轨模拟试验机开展了室温(约20℃)与-40℃温度下列车车轮材料的滚动磨损试验,研究了-40℃下车轮材料磨损和表面与剖面损伤随循环次数的演变规律.结果表明:温度的降低对车轮材料磨损和损伤机制有明显影响.与室温相比,-40℃时车轮材料疲劳磨损明显减轻,磨损率下降.-40℃工况下车轮材料磨损与损伤的形成具有明显演变特征.在磨损初期,轮轨界面发生材料转移并在轮轨界面形成稳定的摩擦膜;摩擦膜的存在降低了车轮材料磨损率.随循环次数增加,由于低磨损率,车轮表层材料在滚动载荷作用下持续累积塑性变形.在磨损后期,累积了高塑性变形的车轮材料将促进裂纹萌生.因此在车轮试样亚表层萌生大量裂纹,亚表层裂纹相互汇合,从而加速疲劳裂纹扩展.

关键词：列车车轮低温磨损损伤演变滚动接触疲劳裂纹

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不同钢轨材料的风沙冲蚀磨损与损伤行为研究

摩擦学学报 2022年第1期42卷 74-84页

作者：舒康周亮王文健丁昊昊郭俊刘启跃西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所四川成都610031

随着铁路的快速发展,风沙地区的铁路线路分布越来越广,在本文中采用气流喷砂式冲蚀试验机以天然混合沙对不同钢轨材料的风沙冲蚀磨损与损伤行为进行了研究.结果表明:钢轨材料的冲蚀率随着冲蚀角度的增加先增加后减少;最大冲蚀率出现在30... 详细信息

随着铁路的快速发展,风沙地区的铁路线路分布越来越广,在本文中采用气流喷砂式冲蚀试验机以天然混合沙对不同钢轨材料的风沙冲蚀磨损与损伤行为进行了研究.结果表明:钢轨材料的冲蚀率随着冲蚀角度的增加先增加后减少;最大冲蚀率出现在30°~45°之间;抗风沙冲蚀磨损性能依次为热处理过共析钢轨>热处理U78CrV>热轧U71Mn>热处理U75V>热轧U75V;延性对热轧钢轨材料的抗冲蚀磨损性能的影响大于硬度,而硬度对热处理钢轨材料的影响大于延性,在线热处理可以提高U75V钢轨的抗冲蚀磨损性能;钢轨材料冲蚀损伤的主要特征为片屑、蚀坑、塑性流动及裂纹;钢轨材料在风沙冲蚀下展现出延性冲蚀模式,其材料去除机制主要为成片机制.

关键词：冲蚀磨损钢轨损伤形貌冲蚀模式冲蚀机理